解读FPGA设计程控滤波器系统电路

以单片机和可编程逻辑器件为控制核心，设计了一个程控滤波器，实现了小信号程控放大、程控调整滤波器截止频率和幅频特性测试的功能。其中放大模块由可变增益放大器AD603实现，最大增益60dB，10dB 步进可调，增益误差小于1%。本系统程控调整有源滤波的-3dB 截止频率，使其在1~30kHz 范围内可调，误差小于1.5%。 本文主要探讨了基于单片机和FPGA设计的程控滤波器系统，该系统集成了小信号放大、滤波器截止频率调整以及幅频特性测试功能。在系统设计中，可变增益放大器AD603是关键组件，能够提供最大60dB的增益，以10dB为步进进行调节，增益误差小于1%，确保了信号放大过程中的精度。 滤波器部分由三个模块组成：低通滤波、高通滤波以及椭圆低通滤波器。低通滤波器使用MAX297，可以配置为8阶低通椭圆滤波器，具有-80dB的阻带衰减。高通滤波则采用LTC1068，具有1Hz到50kHz的宽截止频率范围，且在截止频率200倍范围内无混叠现象。LTC1068的四个通道可实现不同类型的滤波功能，通过外接电阻即可调整为低通、高通、带通或带阻滤波器。在实际应用中，注意到A端口的Q值应大于B端口，以避免在截止频率附近出现幅值上翘。 系统的控制核心由单片机和FPGA构成，它们协同工作以实现滤波器的程控调整。FPGA作为可编程逻辑器件，可以灵活地实现复杂逻辑功能，包括滤波器模式的选择和-3dB截止频率的精确控制。这个-3dB截止频率可以在1kHz到30kHz的范围内可调，误差不超过1.5%，提供了极大的灵活性。 此外，系统还具备幅频特性测试功能，利用有效值采样芯片AD637和12位并行A/D转换器MAX120测量扫频信号的幅度。这种测试能力使得用户可以直观地评估滤波效果，并能针对不同的应用场景进行优化。 这个基于单片机和FPGA的程控滤波器系统展示了现代电子技术在信号处理领域的先进性。通过精确的增益控制、多模式滤波选择以及幅频特性测试，该系统能够在各种应用场景中有效滤除噪声，提高信号质量。无论是对于科研、工业自动化还是通信系统，这样的滤波器系统都具有很高的实用价值和广阔的应用前景。